JP2013084900A - Group iii nitride composite substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、支持基板と酸化物膜とIII族窒化物層とを含み、これらの接合強度が高いIII族窒化物複合基板に関する。 The present invention relates to a group III nitride composite substrate that includes a support substrate, an oxide film, and a group III nitride layer, and has high bonding strength.
光デバイス、電子デバイスなどの半導体デバイスに用いられる複合基板の作製方法に関して、特開2007−201429号公報(特許文献1)および特開2007−201430号公報(特許文献2)は、支持基板と半導体材料の活性層との間に介在させた少なくとも1つの薄い絶縁層を備える複合基板の作製方法を開示する。 Regarding a method for manufacturing a composite substrate used for a semiconductor device such as an optical device or an electronic device, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-201429 (Patent Document 1) and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-201430 (Patent Document 2) describe a support substrate and a semiconductor. Disclosed is a method for making a composite substrate comprising at least one thin insulating layer interposed between an active layer of material.
特開2007−201429号公報(特許文献1)および特開2007−201430号公報(特許文献2)に開示された方法で作製された複合基板は、半導体材料として用いられるSi(シリコン)、Ge(ゲルマニウム)、SiGe(シリコンゲルマニウム)、SiC(炭化ケイ素)、GaN(窒化ガリウム)、GaAs(ヒ化ガリウム)、InP(リン化インジウム)などと、絶縁層として用いられるSiO2(酸化ケイ素)、Si3N4(窒化ケイ素)、TiO2(二酸化チタン)、SrTiO3(チタン酸ストロンチウム)などとの間の界面の接合密着性が低いため、半導体材料で形成される支持基板と絶縁層との接着強度および絶縁層と半導体材料で形成される活性層との接合強度が低いという問題点があった。 A composite substrate manufactured by the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-201429 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-201430 (Patent Document 2) is made of Si (silicon), Ge (used as a semiconductor material). Germanium), SiGe (silicon germanium), SiC (silicon carbide), GaN (gallium nitride), GaAs (gallium arsenide), InP (indium phosphide), etc., and SiO 2 (silicon oxide), Si used as an insulating layer 3 N 4 (silicon nitride), TiO 2 (titanium dioxide), SrTiO 3 (strontium titanate), etc., because the adhesion at the interface is low, adhesion between the support substrate formed of a semiconductor material and the insulating layer There is a problem that the strength and the bonding strength between the insulating layer and the active layer formed of a semiconductor material are low.
本発明は、上記の問題点を解決して、支持基板と酸化物膜とIII族窒化物層とを含み、支持基板と酸化物膜との接合強度および酸化物膜とIII族窒化物層との接合強度が高いIII族窒化物複合基板を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems and includes a support substrate, an oxide film, and a group III nitride layer, the bonding strength between the support substrate and the oxide film, and the oxide film and the group III nitride layer. An object of the present invention is to provide a group III nitride composite substrate having a high bonding strength.
本発明にかかるIII族窒化物複合基板は、支持基板と、支持基板上に配置されている酸化物膜と、酸化物膜上に配置されているIII族窒化物層と、を含む。ここで、支持基板は多結晶で形成されている。また、III族窒化物層は少なくともc軸方向に配向しているIII族窒化物結晶で形成される。また、酸化物膜は不純物が添加され、不純物の濃度は、酸化物膜において支持基板側の第1主面からIII族窒化物層側の第2主面にかけて膜厚方向で変化し、第1主面における不純物の濃度は第2主面における不純物の濃度よりも高い。 The group III nitride composite substrate according to the present invention includes a support substrate, an oxide film disposed on the support substrate, and a group III nitride layer disposed on the oxide film. Here, the support substrate is formed of polycrystal. The group III nitride layer is formed of group III nitride crystals oriented at least in the c-axis direction. In addition, an impurity is added to the oxide film, and the concentration of the impurity varies in the film thickness direction from the first main surface on the support substrate side to the second main surface on the group III nitride layer side in the oxide film. The concentration of impurities on the main surface is higher than the concentration of impurities on the second main surface.
本発明にかかるIII族窒化物複合基板において、酸化物膜は、第1主面における不純物の濃度を10質量%以下とし、第2主面における不純物の濃度を0.01質量%以上とすることができる。また、酸化物膜の不純物の濃度は、酸化物膜において第1主面から第2主面にかけて膜厚方向で単調に変化させることができる。また、支持基板は、窒化物、酸化物および金属からなる群から選ばれる少なくとも1種類を含むことができる。 In the group III nitride composite substrate according to the present invention, the oxide film has an impurity concentration of 10% by mass or less on the first main surface and an impurity concentration of 0.01% by mass or more on the second main surface. Can do. Further, the concentration of impurities in the oxide film can be monotonously changed in the film thickness direction from the first main surface to the second main surface in the oxide film. The support substrate can include at least one selected from the group consisting of nitrides, oxides, and metals.
本発明によれば、支持基板と酸化物膜とIII族窒化物層とを含み、支持基板と酸化物膜との接合強度および酸化物膜とIII族窒化物層との接合強度が高いIII族窒化物複合基板を提供できる。 According to the present invention, the support substrate, the oxide film, and the group III nitride layer are included, and the bond strength between the support substrate and the oxide film and the bond strength between the oxide film and the group III nitride layer are high. A nitride composite substrate can be provided.
[III族窒化物複合基板]
図1を参照して、本発明の一実施形態であるIII族窒化物複合基板1は、支持基板10と、支持基板10上に配置されている酸化物膜20と、酸化物膜20上に配置されているIII族窒化物層30aと、を含む。ここで、支持基板10は多結晶で形成されている。また、III族窒化物層30aは少なくともc軸方向に配向しているIII族窒化物結晶で形成されている。また、酸化物膜20は不純物が添加され、不純物の濃度は、酸化物膜20において支持基板10側の第1主面20sからIII族窒化物層30a側の第2主面20tにかけて膜厚方向で変化し、第1主面20sにおける不純物の濃度は第2主面20tにおける不純物の濃度よりも高い。
[Group III nitride composite substrate]
Referring to FIG. 1, group III nitride composite substrate 1 according to an embodiment of the present invention includes
本実施形態のIII族窒化物複合基板1は、酸化物膜20における不純物濃度が、支持基板10側の第1主面20sからIII族窒化物層30a側の第2主面20tにかけて膜厚方向で変化し、第1主面20sにおける不純物の濃度が第2主面20tにおける不純物の濃度よりも高いため、支持基板10と酸化物膜20との接合強度および酸化物膜20とIII族窒化物層30aとの接合強度がいずれも高い。
In the group III nitride composite substrate 1 of this embodiment, the impurity concentration in the
(支持基板)
本実施形態のIII族窒化物複合基板1の支持基板10は、III族窒化物複合基板1の全体的なコストを低減する観点から、多結晶で形成されている。ここで、多結晶とは、複数の結晶粒からなる結晶をいい、これらの複数の結晶粒が互いに配向していても配向していなくともよい。また、支持基板10は、多結晶であれば特に制限ないが、低コストである観点から、窒化物、酸化物および金属からなる群から選ばれる少なくとも1種類を含むことが好ましい。
(Support substrate)
From the viewpoint of reducing the overall cost of the group III nitride composite substrate 1, the
さらに、III族窒化物複合基板1のIII族窒化物層30a上に半導体層を成長させる際にIII族窒化物層30aなどにクラックが発生するのを抑制するため、支持基板10の熱膨張係数はIII族窒化物層30aの熱膨張係数と同じかまたは近似(両者の熱膨張係数の差が3×10-6℃-1以下)であることがより好ましい。かかる観点から、支持基板10は、InxAlyGa1-x-yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)などのIII族窒化物、ムライト(3Al2O3・2SiO2〜2Al2O3・SiO2またはAl6O13Si2)などのAl2O3−SiO2系複合酸化物、MgO−SiO2系複合酸化物、MgO−Al2O3−SiO2系複合酸化物などの酸化物、ならびにMo(モリブデン)、Mo−Cr(モリブデン−クロム)合金などの金属の少なくとも1種類を含むことが好ましく、III族窒化物層を形成するIII族窒化物と同じ化学組成のIII族窒化物、Al2O3−SiO2系複合酸化物、Moなどの少なくとも1種類を含むことがより好ましい。
Further, when the semiconductor layer is grown on the group III
(III族窒化物層)
本実施形態のIII族窒化物複合基板1のIII族窒化物層30aは、III族窒化物層30a上に品質のよい半導体層を成長させる観点から、少なくともc軸方向に配向しているIII族窒化物結晶で形成されている。ここで、III族窒化物結晶は、六方晶系のウルツ鉱型結晶構造を有しており、結晶軸として、同一平面上に互いに120°の角度をなして伸びる(すなわち、互いに3回回転対称の位置にある)a1軸、a2軸およびa3軸と、その平面に対して垂直に伸びるc軸と、を有する。III族窒化物層30aは、上記観点から、c軸方向に加えて、a1軸方向、a2軸方向およびa3軸方向のいずれにも配向している結晶、すなわちIII族窒化物単結晶であることが好ましい。
(Group III nitride layer)
The group III
また、III族窒化物層30aの熱膨張係数は、III族窒化物層30aの上に半導体層を形成する際にIII族窒化物層30aなどにクラックが発生するのを抑制する観点から、支持基板10の熱膨張係数と同じかまたは近似(両者の熱膨張係数の差が3×10-6℃-1以下)であるかが好ましい。
Further, the thermal expansion coefficient of the group III
(酸化物膜)
本実施形態のIII族窒化物複合基板1の酸化物膜20は、不純物が添加されている。ここで、不純物の濃度は、酸化物膜20において支持基板10側の第1主面20sからIII族窒化物層30a側の第2主面20tにかけて膜厚方向で変化し、第1主面20sにおける不純物の濃度は第2主面20tにおける不純物の濃度よりも高い。
(Oxide film)
Impurities are added to the
後述するように、III族窒化物多結晶で形成されている支持基板10と酸化物膜20との接合強度は、酸化物膜20に不純物が添加されていないときに比べて不純物が添加されその不純物の濃度が高くなる程、高くなる。また、酸化物膜20と少なくともc軸方向に配向しているIII族窒化物結晶(好ましくはIII族窒化物単結晶)で形成されているIII族窒化物層30aとの接合強度は、酸化物膜20に不純物が添加されていないときに比べて不純物が添加されその不純物の濃度が高くなる程、低くなる。
As will be described later, the bonding strength between the
したがって、酸化物膜20において、支持基板10側の第1主面20sからIII族窒化物層30a側の第2主面20tにかけて膜厚方向で不純物の濃度を変化させ、第1主面20sにおける不純物の濃度を第2主面20tにおける不純物の濃度よりも高くすることにより、支持基板10と酸化物膜20との接合強度および酸化物膜20とIII族窒化物層30aとの接合強度がいずれも高いIII族窒化物複合基板1が得られる。また、酸化物膜20は、不純物が添加されることにより、導電性が高くなる。ここで、酸化物膜20における不純物の存在および濃度は、SIMS(2次イオン質量分析)法により測定される。
Therefore, in the
さらに、支持基板10と酸化物膜20との接合強度および酸化物膜20とIII族窒化物層30aとの接合強度がいずれも十分に高くする観点から、酸化物膜20は、第1主面20sにおける不純物の濃度が10質量%以下であり、第2主面20tにおける不純物の濃度が0.01質量%以上であることが好ましい。また、酸化物膜20における不純物の濃度を、膜厚方向で最も低いところ(たとえば第2主面20t)においても、0.01質量%以上とすることにより、III族窒化物複合基板1の膜厚方向における導電性が確保される。
Furthermore, from the viewpoint of sufficiently increasing the bonding strength between the
さらに、光透過性が高い観点から、酸化物膜20の不純物の濃度は、酸化物膜20において第1主面20sから第2主面20tにかけて膜厚方向で単調に変化することが好ましい。ここで、単調に変化するとは、酸化物膜20の膜厚方向の任意の位置x1、x2(x1<x2)における不純物の濃度f(x1)、f(x2)において、f(x1)<f(x2)(単調増加)またはf(x1)>f(x2)(単調減少)であることをいう。
Further, from the viewpoint of high light transmittance, it is preferable that the impurity concentration of the
ここで、酸化物膜20は、支持基板10とIII族窒化物層30aとの間の接合強度を高めるものであれば特に制限はないが、安価に成膜できる観点からSiO2膜などが好ましく挙げられ、その酸化物膜の屈折率がGaNなどのIII族窒化物結晶の屈折率に近く、酸化物膜とIII族窒化物結晶との界面で高い光透過性を有する観点からTiO2膜、SrTiO3膜などが好ましく挙げられ、その酸化物膜を損なうことなく安定した不純物の添加ができる観点から、TiO2膜には不純物としてNb、La、Sb、Mo、Fe、Al、Sn、Pt、I、B、Nなどが添加されることが好ましく、SrTiO3膜には不純物としてLa、Nb、Sb、Mo、Fe、Al、Sn、Pt、I、B、Nなどが添加されることが好ましい。
Here, the
[III族窒化物複合基板の製造方法]
図2を参照して、本実施形態のIII族窒化物複合基板1を製造する方法は、特に制限はないが、効率よく製造する観点から、たとえば、以下の方法が、好適に挙げられる。
[Method for producing group III nitride composite substrate]
Referring to FIG. 2, the method for manufacturing group III nitride composite substrate 1 of the present embodiment is not particularly limited, but from the viewpoint of efficiently manufacturing, for example, the following method is preferably exemplified.
すなわち、III族窒化物複合基板1の製造方法は、支持基板10の主面10m上に酸化物膜20aを形成する工程(図2(A))と、III族窒化物基板30の主面30n上に酸化物膜20bを形成し、III族窒化物基板30の主面30nから所定の深さの位置にイオン注入領域30iを形成する工程(図2(B))と、支持基板10に形成された酸化物膜20aとIII族窒化物基板30に形成された酸化物膜20bとを貼り合わせる工程(図2(C))と、III族窒化物基板30をイオン注入領域30iにおいてIII族窒化物層30aと残りのIII族窒化物基板30bとに分離することにより、支持基板10上に酸化物膜20を介在させてIII族窒化物層30aが接合されたIII族窒化物複合基板を形成する工程(図2(D))と、を含む。
That is, the manufacturing method of the group III nitride composite substrate 1 includes the step of forming the
(支持基板に酸化物膜を形成する工程)
図2(A)を参照して、支持基板10の主面10m上に酸化物膜20aを形成する工程において、酸化物膜20aを形成する方法は、特に制限はなく、スパッタ法、パルスレーザ堆積法、MBE(分子線成長)法、電子線蒸着法、化学気相成長法などが好適である。また、酸化物膜の形成中に、不純物の添加量を変化させることにより、酸化物膜の膜厚方向において不純物の濃度を変化させることができる。支持基板10としては、半導体層形成の際にコストを低減しクラックの発生を抑制する観点から、III族窒化物多結晶支持基板が用いられ、特に、III族窒化物焼結体が好適に用いられる。また、酸化物膜20aとしては、特に制限はなく、SiO2膜、TiO2膜、SrTiO3膜などが好適に形成される。
(Step of forming an oxide film on the support substrate)
Referring to FIG. 2A, in the step of forming the
(III族窒化物基板に酸化物膜を形成しイオン注入領域を形成する工程)
図2(B)を参照して、III族窒化物基板30の主面30n上に酸化物膜20bを形成し、III族窒化物基板30の主面30nから所定の深さの位置にイオン注入領域30iを形成する工程において、酸化物膜20bを形成する方法は、特に制限はなく、上記の酸化物膜20aを形成する方法と同様である。また、III族窒化物基板30の主面30nから所定の深さの位置にイオン注入領域30iを形成する方法は、III族窒化物基板30の主面30n上に形成された酸化物膜20b側からイオンIを注入することにより行なう。注入するイオンIは、イオン注入されるIII族窒化物層30aの結晶性の低下を抑制する観点から、質量の小さいイオンが好ましく、たとえば水素イオン、ヘリウムイオンなどが好ましい。また、イオンIが注入される所定の深さは、500nm以上1000μm以下が好ましい。
(Process for forming an ion implantation region by forming an oxide film on a group III nitride substrate)
Referring to FIG. 2B,
ここで、III族窒化物基板30は、後工程における分離によりIII族窒化物層30aを形成させるものであり、III族窒化物層30aと同様に、少なくともc軸方向に配向しているIII族窒化物結晶(好ましくはIII族窒化物単結晶)で形成されている。かかるIII族窒化物基板を準備する方法は、特に制限はないが、結晶性のよいIII族窒化物基板を得る観点から、HVPE(ハイドライド気相成長)法、MOVPE(有機金属気相成長)法、MBE(分子線成長)法、昇華法などの気相法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相法などが好適である。
Here, the group
(支持基板とIII族窒化物基板との貼り合わせ工程)
図2(C)を参照して、支持基板10に形成された酸化物膜20aとIII族窒化物基板30に形成された酸化物膜20bとを貼り合わせる工程において、その貼り合わせ方法は、特に制限はなく、貼り合わせ面を洗浄しそのまま貼り合わせた後600℃〜1200℃程度に昇温して接合する直接接合法、貼り合わせ面を洗浄しプラズマやイオンなどで活性させた後に室温(たとえば25℃)〜400℃程度の低温で接合する表面活性化法などが好適である。かかる貼り合わせにより、酸化物膜20aと酸化物膜20bとが接合により一体化して酸化物膜20が形成され、支持基板10とIII族窒化物基板30とが酸化物膜20を介在させて接合される。
(Bonding process of support substrate and group III nitride substrate)
Referring to FIG. 2C, in the step of bonding the
(III族窒化物複合基板の形成工程)
図2(D)を参照して、III族窒化物基板30をイオン注入領域30iにおいてIII族窒化物層30aと残りのIII族窒化物基板30bとに分離することにより、支持基板10上に酸化物膜20を介在させてIII族窒化物層30aが接合されたIII族窒化物複合基板1を形成する工程において、III族窒化物基板30をイオン注入領域30iにおいて分離する方法は、III族窒化物基板30のイオン注入領域30iに何らかのエネルギーを与える方法であれば特に制限はなく、イオン注入領域30iに、応力を加える方法、熱を加える方法、光を照射する方法、および超音波を印加する方法の少なくともいずれかの方法が可能である。
(Group III nitride composite substrate formation process)
Referring to FIG. 2D, the group
かかるイオン注入領域30iは、注入されたイオンにより脆化しているため、上記エネルギーを受けることにより、III族窒化物基板30は、支持基板10上の酸化物膜20上に貼りあわされたIII族窒化物層30aと、残りのIII族窒化物基板30bと、に容易に分離される。
Since the ion-implanted
上記のようにして、支持基板10上の酸化物膜20上にIII族窒化物層30aを形成することにより、支持基板10と、支持基板10上に配置されている酸化物膜20と、酸化物膜20上に配置されているIII族窒化物層30aと、を含むIII族窒化物複合基板1が得られる。
By forming the group
上記のIII族窒化物複合基板1の製造方法においては、イオン注入法を用いてIII族窒化物層30aを形成する場合を説明したが、支持基板上の酸化物膜に、イオンを注入していないIII族窒化物基板を貼り合わせた後、III族窒化物結晶体をその貼り合わせた主表面から所定の深さの面で分離することにより、III族窒化物層を形成することもできる。この場合、III族窒化物基板を分離する方法として、特に制限はなく、ワイヤーソー、内周刃、外周刃などを用いた切断などの方法を用いることができる。
In the manufacturing method of the group III nitride composite substrate 1 described above, the case where the group
(参考例A)
図1を参照して、多結晶(焼結体)で形成される直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのGaN支持基板(支持基板10)、直径2インチ(50.8mm)で厚さが600nmのTiO2膜(酸化物膜20)および単結晶で形成される直径2インチ(50.8mm)で厚さが300nmのGaN層(III族窒化物層30a)がこの順に接合されたGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)について、TiO2膜(酸化物膜20)中のNb(不純物)の濃度と、TiO2膜(酸化物膜20)とGaN支持基板(支持基板10)との接合強度との関係、ならびに、TiO2膜(酸化物膜20)中のNb(不純物)の濃度と、TiO2膜(酸化物膜20)とGaN層(III族窒化物層30a)との接合強度との関係を、以下のようにして調べた。
(Reference Example A)
Referring to FIG. 1, a GaN support substrate (support substrate 10) having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 500 μm formed of polycrystal (sintered body), and a thickness of 2 inches (50.8 mm). A TiO 2 film (oxide film 20) having a thickness of 600 nm and a GaN layer (group
1.酸化物膜中の不純物の濃度と、酸化物膜と支持基板との接合強度と、の関係
(1)サンプルの作製
図3を参照して、以下のようにして、酸化物膜20と支持基板10との接合強度を測定するためのサンプルを作製した。
1. Relationship between impurity concentration in oxide film and bonding strength between oxide film and supporting substrate (1) Production of sample Referring to FIG. 3,
まず、HP(ホットプレス)法により形成された多結晶(焼結体)である直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのGaN支持基板(支持基板10)の主面上に、スパッタ法により厚さ600nmのTiO2膜(酸化物膜20)を形成させることにより、GaN支持基板(支持基板10)の主面上にTiO2膜(酸化物膜20)が形成された積層基板1Sを作製した。ここで、成長させるTiO2膜(酸化物膜)のNb(不純物)の濃度が、0質量%、0.01質量%、0.1質量%、1質量%および10質量%の5種類の積層基板1Sを作製した。
First, a sputtering method is performed on the main surface of a GaN support substrate (support substrate 10) having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 500 μm, which is a polycrystal (sintered body) formed by an HP (hot press) method. By forming a TiO 2 film (oxide film 20) having a thickness of 600 nm by the above, a
次いで、得られた積層基板1Sを12mm×12mmの大きさにチップ化することにより、1種類の積層基板1Sについて9個のサンプルを得た。
Next, nine samples were obtained for one type of
(2)サンプルの接合強度の測定
上記サンプルのGaN支持基板(支持基板)およびTiO2膜(酸化物膜)をそれぞれ引張試験機の治具にエポキシ接着剤を用いて固定し、GaN支持基板(支持基板)とTiO2膜(酸化物膜)とを引張ることにより、GaN支持基板(支持基板)とTiO2膜(酸化物膜)との間の接合強度(9個のサンプルの平均値、以下同じ)を測定した。各種の積層基板1Sのサンプルの接合強度は、TiO2膜(酸化物膜)のNb(不純物)の濃度が0質量%のときの積層基板1Sのサンプルの接合強度を1.00としたときの相対接合強度として算出した。
(2) Measurement of bonding strength of sample The GaN support substrate (support substrate) and TiO 2 film (oxide film) of the above sample were each fixed to a jig of a tensile tester using an epoxy adhesive, and a GaN support substrate ( by supporting substrate) and pulling the TiO 2 film (oxide film), the average value of the bonding strength (nine samples between the GaN supporting substrate (supporting substrate) and TiO 2 film (oxide film), the following The same). The bonding strength of the samples of various
上記の引張試験において、上記のいずれの積層基板1Sのいずれのサンプルも、GaN支持基板(支持基板)とTiO2膜(酸化物膜)との界面または界面の近傍で破断した。
In the tensile test, any sample of any one of the
また、各種積層基板1Sの接合強度は、Nb(不純物)の濃度が0質量%のとき1.00、Nb(不純物)の濃度が0.01質量%のとき1.01、Nb(不純物)の濃度が0.1質量%のとき1.02、Nb(不純物)の濃度が1質量%のとき1.40、Nb(不純物)の濃度が10質量%のとき1.10であった。すなわち、Nb(不純物)の濃度が0質量%のときに比べて、Nb(不純物)の濃度が0.01質量%〜10質量%のときは、TiO2膜(酸化物膜)とGaN支持基板(支持基板)との間の接合強度が高くなった。結果を表1にまとめた。
The bonding strength of the various
2.酸化物膜中の不純物の濃度と、酸化物膜とIII族窒化物層との接合強度と、の関係
(1)サンプルの作製
図4を参照して、以下のようにして、酸化物膜とIII族窒化物層との接合強度を測定するためのサンプルを作製した。
2. Relationship between impurity concentration in oxide film and bonding strength between oxide film and group III nitride layer (1) Preparation of sample Referring to FIG. A sample for measuring the bonding strength with the group III nitride layer was prepared.
まず、直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのサファイア支持基板100の主面上に、スパッタ法により厚さ300nmのTiO2膜(酸化物膜20a)を形成した。ここで、成長させるTiO2膜(酸化物膜20a)は、そのNb(不純物)の濃度が、0質量%、0.01質量%、0.1質量%、1質量%および10質量%の5種類とした。
First, a 300 nm thick TiO 2 film (
次に、HVPE法により形成された単結晶である直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのGaN基板(III族窒化物基板30)のN原子表面である主面上に、スパッタ法により厚さ300nmのTiO2膜(酸化物膜20b)を形成させた。ここで、成長させるTiO2膜(酸化物膜20b)は、そのNb(不純物)の濃度が、0質量%、0.01質量%、0.1質量%、1質量%および10質量%の5種類とした。
Next, the main surface, which is the N atom surface of a GaN substrate (group III nitride substrate 30) having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 500 μm, which is a single crystal formed by HVPE, is sputtered. A TiO 2 film (
次いで、上記5種類のTiO2膜(酸化物膜20b)が形成されたGaN基板(III族窒化物基板30)のTiO2膜(酸化物膜20b)側から水素イオンを注入して、GaN基板(III族窒化物基板)のN原子表面である主面から300nmの深さの位置にイオン注入領域を形成した。
Next, hydrogen ions are implanted from the TiO 2 film (
次に、サファイア支持基板100に形成されたTiO2膜(酸化物膜20a)と、イオン注入領域が形成されたGaN基板(III族窒化物基板)に形成されたTiO2膜(酸化物膜20b)とを、貼り合わせた。ここで、貼り合わせるTiO2膜(酸化物膜20aと酸化物膜20b)は、それらに含まれるNb濃度が互いに同じであるもの同士とした。
Next, a TiO 2 film formed on the sapphire support substrate 100 (
次に、上記で貼り合わせた基板を、300℃で2時間熱処理することにより、貼り合わせた基板の接合強度を高めるとともに、GaN基板(III族窒化物基板)をイオン注入領域で分離することにより、サファイア支持基板100上にTiO2膜(酸化物膜20)およびGaN層(III族窒化物層30a)がこの順に接合され、TiO2膜(酸化物膜20)のNb(不純物)濃度が、それぞれ0質量%、0.01質量%、0.1質量%、1質量%および10質量%の5種類である積層基板1Tを作製した。
Next, the bonded substrates are heat-treated at 300 ° C. for 2 hours to increase the bonding strength of the bonded substrates and to separate the GaN substrate (Group III nitride substrate) in the ion implantation region. The TiO 2 film (oxide film 20) and the GaN layer (group
(2)サンプルの接合強度の測定
上記サンプルのサファイア支持基板100およびGaN層(III族窒化物層30a)をそれぞれ引張試験機の治具にエポキシ接着剤を用いて固定し、サファイア支持基板100とGaN層(III族窒化物層30a)とを引張ることにより、GaN層(III族窒化物層30a)とTiO2膜(酸化物膜20)との間の接合強度を測定した。各種の積層基板1Tのサンプルの接合強度は、TiO2膜(酸化物膜)のNb(不純物)の濃度が0質量%のときの積層基板1Tのサンプルの接合強度を1.00としたときの相対接合強度として算出した。
(2) Measurement of bonding strength of sample The
上記の引張試験において、上記のいずれの積層基板1Tのいずれのサンプルも、GaN層(III族窒化物層30a)とTiO2膜(酸化物膜20)との界面または界面の近傍で破断した。
In the tensile test, any sample of any one of the multilayer substrates 1T was broken at or near the interface between the GaN layer (Group
また、各種積層基板1Tの接合強度は、Nb(不純物)の濃度が0質量%のとき1.00、Nb(不純物)の濃度が0.01質量%のとき0.78、Nb(不純物)の濃度が0.1質量%のとき0.72、Nb(不純物)の濃度が1質量%のとき0.56、Nb(不純物)の濃度が10質量%のとき0.55であった。すなわち、Nb(不純物)の濃度が0質量%のときに比べて、Nb(不純物)の濃度が0.01質量%から10質量%と高くなる程、TiO2膜(酸化物膜)とGaN層(III族窒化物層)との間の接合強度が低くなった。結果を表1にまとめた。 Further, the bonding strength of the various laminated substrates 1T is 1.00 when the concentration of Nb (impurity) is 0 mass%, 0.78 when the concentration of Nb (impurity) is 0.01 mass%, and Nb (impurity). The concentration was 0.72 when the concentration was 0.1% by mass, 0.56 when the concentration of Nb (impurity) was 1% by mass, and 0.55 when the concentration of Nb (impurity) was 10% by mass. That is, as the Nb (impurity) concentration increases from 0.01% by mass to 10% by mass compared to when the Nb (impurity) concentration is 0% by mass, the TiO 2 film (oxide film) and the GaN layer The bonding strength with the (Group III nitride layer) was low. The results are summarized in Table 1.
図1および表1を参照して、GaN支持基板(支持基板10)、TiO2膜(酸化物膜20)およびGaN層(III族窒化物層30a)がこの順に接合されたGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)において、TiO2膜(酸化物膜20)とGaN支持基板(支持基板10)との接合強度を高めるにはTiO2膜(酸化物膜20)のNb(不純物)濃度を高くすることが有効であり(特に、不純物濃度を1質量%程度とするのが好ましく)、TiO2膜(酸化物膜20)とGaN層(III族窒化物層30a)との接合強度を高めるにはTiO2膜(酸化物膜20)のNb(不純物)濃度を低くすることが有効であることがわかった。
Referring to FIG. 1 and Table 1, a GaN composite substrate (III) in which a GaN support substrate (support substrate 10), a TiO 2 film (oxide film 20), and a GaN layer (group
(実施例A)
1.支持基板の主面上への酸化物膜の形成
図2(A)を参照して、HP法により形成された多結晶(焼結体)である直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのGaN支持基板(支持基板10)の主面上に、スパッタ法により厚さ300nmのTiO2膜(酸化物膜20a)を形成させた。ここで、成長させるTiO2膜(酸化物膜20a)は、そのNb(不純物)の濃度を、GaN支持基板(支持基板10)側から膜厚方向に、1質量%から0.5質量%(例A1)、1質量%から0.5質量%(例A2)、10質量%から5質量%(例A3)、1質量%から10質量%(例A4)と単調に変化させて、上記例A1から例A4の4種類とした。
(Example A)
1. Formation of Oxide Film on Main Surface of Support Substrate Referring to FIG. 2 (A), a polycrystal (sintered body) formed by the HP method has a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 500 μm. A TiO 2 film (
2.III族窒化物基板の主面上への酸化物膜の形成およびイオン注入領域の形成
図2(B)を参照して、HVPE法により形成された単結晶である直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのGaN基板(III族窒化物基板30)のN原子表面である主面30n上に、スパッタ法により厚さ300nmのTiO2膜(酸化物膜20b)を形成させた。ここで、成長させるTiO2膜(酸化物膜20b)は、そのNb(不純物)の濃度を、GaN基板(III族窒化物基板30)側から膜厚方向に、0.01質量%から0.5質量%(例A1)、0質量%から0.5質量%(例A2)、0.01質量%から5質量%(例A3)、0.01質量%から10質量%(例A4)と単調に変化させて、上記例A1から例A4の4種類とした。
2. Formation of Oxide Film on Main Surface of Group III Nitride Substrate and Formation of Ion Implanted Region Referring to FIG. 2B, a single crystal formed by HVPE method has a diameter of 2 inches (50.8 mm). Then, a 300 nm thick TiO 2 film (
次いで、上記5種類のTiO2膜(酸化物膜20b)が形成されたGaN基板(III族窒化物基板30)のTiO2膜(酸化物膜20b)側から水素イオンを注入して、GaN基板(III族窒化物基板)のN原子表面である主面から300nmの深さの位置にイオン注入領域を形成した。
Next, hydrogen ions are implanted from the TiO 2 film (
3.支持基板とIII族窒化物基板との貼り合わせ
図2(C)を参照して、例A1から例A4のそれぞれにおいて、GaN支持基板(支持基板10)に形成されたTiO2膜(酸化物膜20a)と、イオン注入領域が形成されたGaN基板(III族窒化物基板)に形成されたTiO2膜(酸化物膜20b)とを、貼り合わせた。
3. Bonding of Support Substrate and Group III Nitride Substrate With reference to FIG. 2C, in each of Examples A1 to A4, a TiO 2 film (oxide film) formed on the GaN support substrate (support substrate 10) 20a) and a TiO 2 film (
4.III族窒化物複合基板の形成
図2(D)を参照して、上記で貼り合わせた基板を、300℃で2時間熱処理することにより、貼り合わせた基板の接合強度を高めるとともに、GaN基板(III族窒化物基板)をイオン注入領域で分離することにより、例A1〜例A4について、GaN支持基板(支持基板10)上にTiO2膜(酸化物膜20)およびGaN層(III族窒化物層30a)がこの順に接合されたGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)を作製した。
4). Formation of Group III Nitride Composite Substrate Referring to FIG. 2D, the bonded substrate is heat-treated at 300 ° C. for 2 hours to increase the bonding strength of the bonded substrate and to increase the bonding strength of the GaN substrate ( By separating the group III nitride substrate) in the ion implantation region, for example A1 to example A4, a TiO 2 film (oxide film 20) and a GaN layer (group III nitride) on the GaN support substrate (support substrate 10). A GaN composite substrate (Group III nitride composite substrate 1) in which the
例A1〜例A4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)は、TiO2膜(酸化物膜20)のNb(不純物)の濃度が、TiO2膜(酸化物膜20)の支持基板10側の第1主面20sからIII族窒化物層30a側の第2主面20tにかけて膜厚方向に、1質量%から0.01質量%まで単調に変化し(例A1)、1質量%から0質量%まで単調に変化し(例A2)、10質量%から0.01質量%まで単調に変化し(例A3)、1質量%から10質量%を経て0.01質量%まで極大値を有するように変化していた(例A4)。
Example GaN composite substrate A1~ Example A4 (III-nitride composite substrate 1), the concentration of Nb (impurities) of the TiO 2 film (oxide film 20), the supporting substrate of the TiO 2 film (oxide film 20) It changes monotonically from 1% by mass to 0.01% by mass in the film thickness direction from the first
5.III族窒化物複合基板の物性
上記参考例Aにおける接合強度の値を考慮すると、例A1〜例A4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)におけるTiO2膜(酸化物膜20)とGaN支持基板(支持基板10)との接合強度およびTiO2膜(酸化物膜20)とGaN層(III族窒化物層30a)との接合強度は、それぞれ、1.40および0.78(例A1)、1.40および1.00(例A2)、1.10および0.78(例A3)、1.40および0.78(例A4)と、いずれも高くなった。結果を表2に示した。
5. Physical Properties of Group III Nitride Composite Substrate Considering the bonding strength value in Reference Example A above, the TiO 2 film (oxide film 20) in GaN composite substrate (Group III nitride composite substrate 1) of Examples A1 to A4 and The bonding strength between the GaN supporting substrate (supporting substrate 10) and the bonding strength between the TiO 2 film (oxide film 20) and the GaN layer (Group
また、例A1〜例A4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)の膜厚保方向の比抵抗(電気抵抗率)は、ピコアンペアメータにより測定したところ、例A1が2.8×102Ωcm、例A2が8.9×106Ωcm、例A3が6.5×10-1Ωcm、例A4が8.7×101Ωcmあり、例A2以外は高い導電性を示した。結果を表2に示した。例A2のGaN複合基板は、TiO2膜(酸化物膜20)のGaN層(III族窒化物層30a)側の主面におけるNb(不純物)の濃度が0質量%であったため、膜厚方向の導電性が極めて低くなったものと考えられる。また、例A3のGaN複合基板は、比抵抗が最も小さくなった。これは、TiO2膜(酸化物膜20)のNb濃度が10〜0.01質量%でありTiO2膜全体としてのNb濃度が高かったためと考えられる。
Moreover, when the specific resistance (electrical resistivity) in the film thickness maintaining direction of the GaN composite substrates (Group III nitride composite substrate 1) of Examples A1 to A4 was measured by a picoampere meter, Example A1 was 2.8 × 10. 2 Ωcm, Example A2 was 8.9 × 10 6 Ωcm, Example A3 was 6.5 × 10 −1 Ωcm, and Example A4 was 8.7 × 10 1 Ωcm. Except for Example A2, the samples exhibited high conductivity. The results are shown in Table 2. In the GaN composite substrate of Example A2, the Nb (impurity) concentration on the main surface of the TiO 2 film (oxide film 20) on the GaN layer (Group
また、例A1〜例A4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)の膜厚保方向のピーク波長が500nmの光の透過率は、紫外可視光透過率測定装置により測定したところ、例A1が62%、例A2が83%、例A3が46%、例A4が41%であった。結果を表2に示した。例A2のGaN複合基板は、光の透過率が最大であった。これは、TiO2膜(酸化物膜20)のNb濃度が1〜0質量%と低かったためと考えられる。 Moreover, the transmittance | permeability of the light whose peak wavelength of the film thickness preservation | save direction of the GaN composite substrate (Group III nitride composite substrate 1) of Example A1-Example A4 is 500 nm was measured with the ultraviolet visible light transmittance | permeability measuring apparatus, Example A1 Was 62%, Example A2 was 83%, Example A3 was 46%, and Example A4 was 41%. The results are shown in Table 2. The GaN composite substrate of Example A2 had the highest light transmittance. This is presumably because the Nb concentration of the TiO 2 film (oxide film 20) was as low as 1 to 0% by mass.
(参考例B)
図1を参照して、多結晶(焼結体)で形成される直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのGaN支持基板(支持基板10)、直径2インチ(50.8mm)で厚さが600nmのSrTiO3膜(酸化物膜20)および単結晶で形成される直径2インチ(50.8mm)で厚さが300nmのGaN層(III族窒化物層30a)がこの順に接合されたGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)について、SrTiO3膜(酸化物膜20)中のLa(不純物)の濃度と、SrTiO3膜(酸化物膜20)とGaN支持基板(支持基板10)との接合強度との関係、ならびに、SrTiO3膜(酸化物膜20)中のLa(不純物)の濃度と、SrTiO3膜(酸化物膜20)とGaN層(III族窒化物層30a)との接合強度との関係を、以下のようにして調べた。
(Reference Example B)
Referring to FIG. 1, a GaN support substrate (support substrate 10) having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 500 μm formed of polycrystal (sintered body), and a thickness of 2 inches (50.8 mm). A SrTiO 3 film having a thickness of 600 nm (oxide film 20) and a GaN layer (group
1.酸化物膜中の不純物の濃度と、酸化物膜と支持基板との接合強度と、の関係
酸化物膜20としてSrTiO3膜を形成し、その不純物をLaとしたこと以外は、参考例Aと同様にして、5種類の積層基板1Sについてサンプルを作製し、引張試験によりそれらのサンプルの接合強度を測定した。いずれの積層基板1Sのいずれのサンプルも、GaN支持基板(支持基板)とTiO2膜(酸化物膜)との界面または界面の近傍で破断した。
1. Relationship between concentration of impurities in oxide film and bonding strength between oxide film and supporting substrate SrTiO 3 film was formed as the
各種積層基板1Sの接合強度は、La(不純物)の濃度が0質量%のとき1.00、La(不純物)の濃度が0.01質量%のとき1.01、La(不純物)の濃度が0.1質量%のとき1.04、La(不純物)の濃度が1質量%のとき1.43、La(不純物)の濃度が10質量%のとき1.12であった。すなわち、La(不純物)の濃度が0質量%のときに比べて、La(不純物)の濃度が0.01質量%〜10質量%のときは、SrTiO3膜(酸化物膜)とGaN支持基板(支持基板)との間の接合強度が高くなった。結果を表3にまとめた。
The bonding strength of the various
2.酸化物膜中の不純物の濃度と、酸化物膜とIII族窒化物層との接合強度と、の関係
酸化物膜20としてSrTiO3膜を形成し、その不純物をLaとしたこと以外は、参考例Aと同様にして、5種類の積層基板1Tについてサンプルを作製し、引張試験によりそれらのサンプルの接合強度を測定した。いずれの積層基板1Tのいずれのサンプルも、GaN層(III族窒化物層)とTiO2膜(酸化物膜)との界面または界面の近傍で破断した。
2. Relationship between the concentration of impurities in the oxide film and the bonding strength between the oxide film and the group III nitride layer Reference is made except that an SrTiO 3 film is formed as the
各種積層基板1Tの接合強度は、La(不純物)の濃度が0質量%のとき1.00、La(不純物)の濃度が0.01質量%のとき0.76、La(不純物)の濃度が0.1質量%のとき0.71、La(不純物)の濃度が1質量%のとき0.55、La(不純物)の濃度が10質量%のとき0.54であった。すなわち、La(不純物)の濃度が0質量%のときに比べて、La(不純物)の濃度が0.01質量%から10質量%と高くなる程、SrTiO3膜(酸化物膜)とGaN層(III族窒化物層)との間の接合強度が低くなった。結果を表3にまとめた。 The bonding strength of various laminated substrates 1T is 1.00 when the concentration of La (impurity) is 0 mass%, 0.76 when the concentration of La (impurity) is 0.01 mass%, and the concentration of La (impurity) is It was 0.71 when the concentration was 0.1% by mass, 0.55 when the concentration of La (impurity) was 1% by mass, and 0.54 when the concentration of La (impurity) was 10% by mass. That is, the SrTiO 3 film (oxide film) and the GaN layer increase as the concentration of La (impurity) increases from 0.01% by mass to 10% by mass compared to when the concentration of La (impurity) is 0% by mass. The bonding strength with the (Group III nitride layer) was low. The results are summarized in Table 3.
図1および表3を参照して、GaN支持基板(支持基板10)、SrTiO3膜(酸化物膜20)およびGaN層(III族窒化物層30a)がこの順に接合されたGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)において、SrTiO3膜(酸化物膜20)とGaN支持基板(支持基板10)との接合強度を高めるにはSrTiO3膜(酸化物膜20)のLa(不純物)濃度を高くすることが有効であり(特に、不純物濃度を1質量%程度とするのが好ましく)、SrTiO3膜(酸化物膜20)とGaN層(III族窒化物層30a)との接合強度を高めるにはSrTiO3膜(酸化物膜20)のLa(不純物)濃度を低くすることが有効であることがわかった。
Referring to FIG. 1 and Table 3, a GaN composite substrate (III) in which a GaN support substrate (support substrate 10), a SrTiO 3 film (oxide film 20), and a GaN layer (group
(実施例B)
図1および図2を参照して、酸化物膜20としてSrTiO3膜を形成し、その不純物をLaとしたこと以外は、実施例Aと同様にして、例B1〜例B4として、GaN支持基板(支持基板10)上にSrTiO3膜(酸化物膜20)およびGaN層(III族窒化物層30a)がこの順に接合されたGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)を作製した。
(Example B)
Referring to FIGS. 1 and 2, as Example B1 to Example B4, a GaN support substrate is formed in the same manner as Example A, except that an SrTiO 3 film is formed as
例B1〜例B4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)は、SrTiO3膜(酸化物膜20)のLa(不純物)の濃度が、SrTiO3膜(酸化物膜20)の支持基板10側の第1主面20sからIII族窒化物層30a側の第2主面20tにかけて膜厚方向に、1質量%から0.01質量%まで単調に変化し(例B1)、1質量%から0質量%まで単調に変化し(例B2)、10質量%から0.01質量%まで単調に変化し(例B3)、1質量%から10質量%を経て0.01質量%まで極大値を有するように変化していた(例B4)。
Example GaN composite substrate B1~ Example B4 (III-nitride composite substrate 1), the concentration of La (impurities) of SrTiO 3 film (oxide film 20), the supporting substrate of SrTiO 3 film (oxide film 20) It changes monotonically from 1% by mass to 0.01% by mass in the film thickness direction from the first
例B1〜例B4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)について、上記参考例Bにおける接合強度の値を考慮すると、例B1〜例B4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)におけるSrTiO3膜(酸化物膜20)とGaN支持基板(支持基板10)との接合強度およびSrTiO3膜(酸化物膜20)とGaN層(III族窒化物層30a)との接合強度は、それぞれ、1.43および0.76(例B1)、1.43および1.00(例B2)、1.12および0.76(例B3)、1.43および0.76(例B4)と、いずれも高くなった。結果を表4に示した。
Regarding the GaN composite substrates of Examples B1 to B4 (Group III nitride composite substrate 1), considering the bonding strength values in Reference Example B above, the GaN composite substrates of Examples B1 to B4 (Group III nitride composite substrate 1) The bonding strength between the SrTiO 3 film (oxide film 20) and the GaN supporting substrate (supporting substrate 10) and the bonding strength between the SrTiO 3 film (oxide film 20) and the GaN layer (Group
また、例B1〜例B4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)の膜厚保方向の比抵抗(電気抵抗率)は、例B1が9.1×102Ωcm、例B2が4.7×107Ωcm、例B3が1.3×100Ωcm、例B4が3.8×102Ωcmであり、例B2以外は高い導電性を示した。結果を表4に示した。例B2のGaN複合基板は、SrTiO3膜(酸化物膜20)のGaN層(III族窒化物層30a)側の主面におけるLa(不純物)の濃度が0質量%であったため、膜厚方向の導電性が極めて低くなったものと考えられる。また、例B3のGaN複合基板は、比抵抗が最も小さくなった。これは、SrTiO3膜(酸化物膜20)のLa濃度が10〜0.01質量%でありSrTiO3膜全体としてのLa濃度が高かったためと考えられる。
The specific resistance (electrical resistivity) in the film thickness maintaining direction of the GaN composite substrates (Group III nitride composite substrate 1) of Examples B1 to B4 is 9.1 × 10 2 Ωcm in Example B1, and 4. in Example B2. 7 × 10 7 Ωcm, Example B3 was 1.3 × 10 0 Ωcm, and Example B4 was 3.8 × 10 2 Ωcm. Except for Example B2, high conductivity was exhibited. The results are shown in Table 4. In the GaN composite substrate of Example B2, the La (impurity) concentration on the main surface of the SrTiO 3 film (oxide film 20) on the GaN layer (Group
また、例B1〜例B4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)の膜厚保方向のピーク波長が500nmの光の透過率は、例B1が64%、例B2が86%、例B3が48%、例B4が43%であった。結果を表4に示した。例B2のGaN複合基板は、光の透過率が最大であった。これは、SrTiO3膜(酸化物膜20)のLa濃度が1〜0質量%と低かったためと考えられる。 Moreover, the transmittance | permeability of the light whose peak wavelength of the film thickness maintenance direction of the GaN composite substrate (Group III nitride composite substrate 1) of Example B1 to Example B4 is 500 nm is 64% for Example B1, 86% for Example B2, and Example B3. Was 48% and Example B4 was 43%. The results are shown in Table 4. The GaN composite substrate of Example B2 had the highest light transmittance. This is presumably because the La concentration of the SrTiO 3 film (oxide film 20) was as low as 1 to 0% by mass.
(参考例C)
図1を参照して、多結晶(焼結体)で形成される直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのムライト支持基板(支持基板10)、直径2インチ(50.8mm)で厚さが600nmのTiO2膜(酸化物膜20)および単結晶で形成される直径2インチ(50.8mm)で厚さが300nmのGaN層(III族窒化物層30a)がこの順に接合されたGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)について、TiO2膜(酸化物膜20)中のNb(不純物)の濃度と、TiO2膜(酸化物膜20)とムライト支持基板(支持基板10)との接合強度との関係、ならびに、TiO2膜(酸化物膜20)中のNb(不純物)の濃度と、TiO2膜(酸化物膜20)とGaN層(III族窒化物層30a)との接合強度との関係を、以下のようにして調べた。
(Reference Example C)
Referring to FIG. 1, a mullite supporting substrate (supporting substrate 10) having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 500 μm formed of polycrystal (sintered body), and a thickness of 2 inches (50.8 mm). A TiO 2 film (oxide film 20) having a thickness of 600 nm and a GaN layer (group
1.酸化物膜中の不純物の濃度と、酸化物膜と支持基板との接合強度と、の関係
支持基板10として直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのムライト支持基板を用いたこと以外は、参考例Aと同様にして、5種類の積層基板1Sについてサンプルを作製し、引張試験によりそれらのサンプルの接合強度を測定した。いずれの積層基板1Sのいずれのサンプルも、ムライト支持基板(支持基板)とTiO2膜(酸化物膜)との界面または界面の近傍で破断した。
1. Relationship between impurity concentration in oxide film and bonding strength between oxide film and supporting substrate Except that a mullite supporting substrate having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 500 μm was used as the supporting
各種積層基板1Sの接合強度は、Nb(不純物)の濃度が0質量%のとき1.00、Nb(不純物)の濃度が0.01質量%のとき1.21、Nb(不純物)の濃度が0.1質量%のとき1.22、Nb(不純物)の濃度が1質量%のとき1.68、Nb(不純物)の濃度が10質量%のとき1.32であった。すなわち、Nb(不純物)の濃度が0質量%のときに比べて、Nb(不純物)の濃度が0.01質量%〜10質量%のときは、TiO2膜(酸化物膜)とムライト支持基板(支持基板)との間の接合強度が高くなった。結果を表5にまとめた。
The bonding strength of the various
2.酸化物膜中の不純物の濃度と、酸化物膜とIII族窒化物層との接合強度と、の関係
参考例Aにおけるサンプルの接合強度の測定から、各種積層基板1Tの接合強度は、Nb(不純物)の濃度が0質量%のとき1.00、Nb(不純物)の濃度が0.01質量%のとき0.78、Nb(不純物)の濃度が0.1質量%のとき0.72、La(不純物)の濃度が1質量%のとき0.56、La(不純物)の濃度が10質量%のとき0.55であった。すなわち、La(不純物)の濃度が0質量%のときに比べて、La(不純物)の濃度が0.01質量%から10質量%と高くなる程、TiO2膜(酸化物膜)とGaN層(III族窒化物膜)との間の接合強度が低くなった。結果を表5にまとめた。
2. Relationship between the concentration of impurities in the oxide film and the bonding strength between the oxide film and the group III nitride layer From the measurement of the bonding strength of the sample in Reference Example A, the bonding strength of the various laminated substrates 1T is Nb ( 1.00 when the concentration of (impurity) is 0% by mass, 0.78 when the concentration of Nb (impurity) is 0.01% by mass, 0.72 when the concentration of Nb (impurity) is 0.1% by mass, It was 0.56 when the concentration of La (impurity) was 1% by mass, and 0.55 when the concentration of La (impurity) was 10% by mass. That is, the TiO 2 film (oxide film) and the GaN layer increase as the concentration of La (impurity) increases from 0.01% by mass to 10% by mass compared to the case where the concentration of La (impurity) is 0% by mass. The bonding strength with (Group III nitride film) was low. The results are summarized in Table 5.
図1および表5を参照して、ムライト支持基板(支持基板10)、TiO2膜(酸化物膜20)およびGaN層(III族窒化物層30a)がこの順に接合されたGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)において、TiO2膜(酸化物膜20)とムライト支持基板(支持基板10)との接合強度を高めるにはTiO2膜(酸化物膜20)のNb(不純物)濃度を高くすることが有効であり(特に、不純物濃度を1質量%程度とするのが好ましく)、TiO2膜(酸化物膜20)とGaN層(III族窒化物層30a)との接合強度を高めるにはTiO2膜(酸化物膜20)のNb(不純物)濃度を低くすることが有効であることがわかった。
Referring to FIG. 1 and Table 5, a GaN composite substrate (III) in which a mullite support substrate (support substrate 10), a TiO 2 film (oxide film 20), and a GaN layer (group
(実施例C)
図1および図2を参照して、支持基板10として直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのムライト支持基板を用いたこと以外は、実施例Aと同様にして、例C1〜例C4として、ムライト支持基板(支持基板10)上にTiO2膜(酸化物膜20)およびGaN層(III族窒化物層30a)がこの順に接合されたGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)を作製した。
(Example C)
1 and 2, Example C1 to Example C4 are the same as Example A except that a mullite support substrate having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 500 μm is used as the
例C1〜例C4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)は、TiO2膜(酸化物膜20)のNb(不純物)の濃度が、TiO2膜(酸化物膜20)の支持基板10側の第1主面20sからIII族窒化物層30a側の第2主面20tにかけて膜厚方向に、1質量%から0.01質量%まで単調に変化し(例C1)、1質量%から0質量%まで単調に変化し(例C2)、10質量%から0.01質量%まで単調に変化し(例C3)、1質量%から10質量%を経て0.01質量%まで極大値を有するように変化していた(例C4)。
Example GaN composite substrate C1~ Example C4 (III-nitride composite substrate 1), the concentration of Nb (impurities) of the TiO 2 film (oxide film 20), the supporting substrate of the TiO 2 film (oxide film 20) It changes monotonically from 1% by mass to 0.01% by mass in the film thickness direction from the first
例C1〜例C4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)について、上記参考例Cにおける接合強度の値を考慮すると、例C1〜例C4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)におけるTiO2膜(酸化物膜20)とムライト支持基板(支持基板10)との接合強度およびTiO2膜(酸化物膜20)とGaN層(III族窒化物層30a)との接合強度は、それぞれ、1.68および0.78(例C1)、1.68および1.00(例C2)、1.32および0.78(例C3)、1.68および0.78(例C4)と、いずれも高くなった。結果を表6に示した。
Regarding the GaN composite substrates of Examples C1 to C4 (Group III nitride composite substrate 1), considering the bonding strength values in Reference Example C above, the GaN composite substrates of Examples C1 to C4 (Group III nitride composite substrate 1) The bonding strength between the TiO 2 film (oxide film 20) and the mullite supporting substrate (supporting substrate 10) and the bonding strength between the TiO 2 film (oxide film 20) and the GaN layer (group
また、例C1〜例C4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)の膜厚保方向のピーク波長が500nmの光の透過率は、例C1が56%、例C2が75%、例C3が41%、例C4が37%であった。結果を表6に示した。例C2のGaN複合基板は、光の透過率が最大であった。これは、TiO2膜(酸化物膜20)のNb濃度が1〜0質量%と低かったためと考えられる。 Moreover, the transmittance | permeability of the light whose peak wavelength of the film thickness maintenance direction of the GaN composite substrate (Group III nitride composite substrate 1) of Examples C1-C4 is 500 nm is 56% for Example C1, 75% for Example C2, and Example C3. Was 41% and Example C4 was 37%. The results are shown in Table 6. The GaN composite substrate of Example C2 had the highest light transmittance. This is presumably because the Nb concentration of the TiO 2 film (oxide film 20) was as low as 1 to 0% by mass.
(参考例D)
図1を参照して、多結晶(焼結体)で形成される直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのムライト支持基板(支持基板10)、直径2インチ(50.8mm)で厚さが600nmのSrTiO3膜(酸化物膜20)および単結晶で形成される直径2インチ(50.8mm)で厚さが300nmのGaN層(III族窒化物層30a)がこの順に接合されたGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)について、SrTiO3膜(酸化物膜20)中のLa(不純物)の濃度と、SrTiO3膜(酸化物膜20)とムライト支持基板(支持基板10)との接合強度との関係、ならびに、SrTiO3膜(酸化物膜20)中のLa(不純物)の濃度と、SrTiO3膜(酸化物膜20)とGaN層(III族窒化物層30a)との接合強度との関係を、以下のようにして調べた。
(Reference Example D)
Referring to FIG. 1, a mullite supporting substrate (supporting substrate 10) having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 500 μm formed of polycrystal (sintered body), and a thickness of 2 inches (50.8 mm). A SrTiO 3 film having a thickness of 600 nm (oxide film 20) and a GaN layer (group
1.酸化物膜中の不純物の濃度と、酸化物膜と支持基板との接合強度と、の関係
支持基板10として直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのムライト支持基板を用いたこと以外は、参考例Bと同様にして、5種類の積層基板1Sについてサンプルを作製し、引張試験によりそれらのサンプルの接合強度を測定した。いずれの積層基板1Sのいずれのサンプルも、ムライト支持基板(支持基板)とTiO2膜(酸化物膜)との界面または界面の近傍で破断した。
1. Relationship between impurity concentration in oxide film and bonding strength between oxide film and supporting substrate Except that a mullite supporting substrate having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 500 μm was used as the supporting
各種積層基板1Sの接合強度は、La(不純物)の濃度が0質量%のとき1.00、La(不純物)の濃度が0.01質量%のとき1.21、La(不純物)の濃度が0.1質量%のとき1.25、La(不純物)の濃度が1質量%のとき1.72、La(不純物)の濃度が10質量%のとき1.34であった。すなわち、La(不純物)の濃度が0質量%のときに比べて、La(不純物)の濃度が0.01質量%〜10質量%のときは、GaN支持基板(支持基板)とSrTiO3膜(酸化物膜)との間の接合強度が高くなった。結果を表7にまとめた。
The bonding strength of the various
2.酸化物膜中の不純物の濃度と、酸化物膜とIII族窒化物層との接合強度と、の関係
参考例Bにおけるサンプルの接合強度の測定から、各種積層基板1Tの接合強度は、La(不純物)の濃度が0質量%のとき1.00、La(不純物)の濃度が0.01質量%のとき0.76、La(不純物)の濃度が0.1質量%のとき0.71、La(不純物)の濃度が1質量%のとき0.55、La(不純物)の濃度が10質量%のとき0.54であった。すなわち、La(不純物)の濃度が0質量%のときに比べて、La(不純物)の濃度が0.01質量%から10質量%と高くなる程、SrTiO3膜(酸化物膜)とGaN支持基板(支持基板)との間の接合強度が低くなった。結果を表7にまとめた。
2. Relationship between the concentration of impurities in the oxide film and the bonding strength between the oxide film and the group III nitride layer From the measurement of the bonding strength of the sample in Reference Example B, the bonding strength of the various laminated substrates 1T is La ( 1.00 when the concentration of (impurity) is 0% by mass, 0.76 when the concentration of La (impurity) is 0.01% by mass, 0.71 when the concentration of La (impurity) is 0.1% by mass, It was 0.55 when the concentration of La (impurity) was 1% by mass, and 0.54 when the concentration of La (impurity) was 10% by mass. That is, the SrTiO 3 film (oxide film) and the GaN support are increased as the concentration of La (impurity) is increased from 0.01% by mass to 10% by mass compared to the case where the concentration of La (impurity) is 0% by mass. Bonding strength with the substrate (support substrate) was lowered. The results are summarized in Table 7.
図1および表7を参照して、ムライト支持基板(支持基板10)、SrTiO3膜(酸化物膜20)およびGaN層(III族窒化物層30a)がこの順に接合されたGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)において、SrTiO3膜(酸化物膜20)とムライト支持基板(支持基板10)との接合強度を高めるにはSrTiO3膜(酸化物膜20)のLa(不純物)濃度を高くすることが有効であり(特に、不純物濃度を1質量%程度とするのが好ましく)、SrTiO3膜(酸化物膜20)とGaN層(III族窒化物層30a)との接合強度を高めるにはSrTiO3膜(酸化物膜20)のLa(不純物)濃度を低くすることが有効であることがわかった。
Referring to FIG. 1 and Table 7, a GaN composite substrate (III) in which a mullite support substrate (support substrate 10), a SrTiO 3 film (oxide film 20), and a GaN layer (group
(実施例D)
図1および図2を参照して、支持基板10として直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのムライト支持基板を用いたこと以外は、実施例Bと同様にして、例D1〜例D4として、ムライト支持基板(支持基板10)上にSrTiO3膜(酸化物膜20)およびGaN層(III族窒化物層30a)がこの順に接合されたGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)を作製した。
(Example D)
1 and 2, Example D1 to Example D4 are the same as Example B except that a mullite support substrate having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 500 μm is used as the
例D1〜例D4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)は、SrTiO3膜(酸化物膜20)のLa(不純物)の濃度が、SrTiO3膜(酸化物膜20)の支持基板10側の第1主面20sからIII族窒化物層30a側の第2主面20tにかけて膜厚方向に、1質量%から0.01質量%まで単調に変化し(例D1)、1質量%から0質量%まで単調に変化し(例D2)、10質量%から0.01質量%まで単調に変化し(例D3)、1質量%から10質量%を経て0.01質量%まで極大値を有するように変化していた(例D4)。
GaN composite substrate Example D1~ Example D4 (III-nitride composite substrate 1), the concentration of La (impurities) of SrTiO 3 film (oxide film 20), the supporting substrate of SrTiO 3 film (oxide film 20) It changes monotonically from 1% by mass to 0.01% by mass in the film thickness direction from the first
例D1〜例D4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)について、上記参考例Dにおける接合強度の値を考慮すると、例D1〜例D4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)におけるSrTiO3膜(酸化物膜20)とムライト支持基板(支持基板10)との接合強度およびSrTiO3膜(酸化物膜20)とGaN層(III族窒化物層30a)との接合強度は、それぞれ、1.72および0.76(例D1)、1.72および1.00(例D2)、1.34および0.76(例D3)、1.72および0.76(例D4)と、いずれも高くなった。結果を表8に示した。
For the GaN composite substrates (Group III nitride composite substrate 1) of Examples D1 to D4, considering the bonding strength values in Reference Example D above, the GaN composite substrates of Examples D1 to D4 (Group III nitride composite substrate 1) The bonding strength between the SrTiO 3 film (oxide film 20) and the mullite supporting substrate (supporting substrate 10) and the bonding strength between the SrTiO 3 film (oxide film 20) and the GaN layer (group
また、例D1〜例D4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)の膜厚保方向のピーク波長が500nmの光の透過率は、例D1が58%、例D2が77%、例D3が43%、例D4が39%であった。結果を表8に示した。例D2のGaN複合基板は、光の透過率が最大であった。これは、SrTiO3膜(酸化物膜20)のLa濃度が1〜0質量%と低かったためと考えられる。 Moreover, the transmittance | permeability of the light whose peak wavelength of the film thickness maintenance direction of the GaN composite substrate (Group III nitride composite substrate 1) of Example D1-Example D4 is 500 nm is 58% in Example D1, 77% in Example D2, and Example D3. Was 43% and Example D4 was 39%. The results are shown in Table 8. The GaN composite substrate of Example D2 had the highest light transmittance. This is presumably because the La concentration of the SrTiO 3 film (oxide film 20) was as low as 1 to 0% by mass.
(参考例E)
図1を参照して、多結晶で形成される直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのMo支持基板(支持基板10)、直径2インチ(50.8mm)で厚さが600nmのTiO2膜(酸化物膜20)および単結晶で形成される直径2インチ(50.8mm)で厚さが300nmのGaN層(III族窒化物層30a)がこの順に接合されたGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)について、TiO2膜(酸化物膜20)中のNb(不純物)の濃度と、TiO2膜(酸化物膜20)とMo支持基板(支持基板10)との接合強度との関係、ならびに、TiO2膜(酸化物膜20)中のNb(不純物)の濃度と、TiO2膜(酸化物膜20)とGaN層(III族窒化物層30a)との接合強度との関係を、以下のようにして調べた。
(Reference Example E)
Referring to FIG. 1, a Mo support substrate (support substrate 10) having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 500 μm and TiO 2 having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 600 nm are formed of polycrystal. Two films (oxide film 20) and a GaN composite substrate (
1.酸化物膜中の不純物の濃度と、酸化物膜と支持基板との接合強度と、の関係
支持基板10として直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのMo支持基板を用いたこと以外は、参考例Aと同様にして、5種類の積層基板1Sについてサンプルを作製し、引張試験によりそれらのサンプルの接合強度を測定した。いずれの積層基板1Sのいずれのサンプルも、Mo支持基板(支持基板)とTiO2膜(酸化物膜)との界面または界面の近傍で破断した。
1. Relationship between impurity concentration in oxide film and bonding strength between oxide film and supporting substrate Except that a Mo supporting substrate having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 500 μm was used as the supporting
各種積層基板1Sの接合強度は、Nb(不純物)の濃度が0質量%のとき1.00、Nb(不純物)の濃度が0.01質量%のとき1.11、Nb(不純物)の濃度が0.1質量%のとき1.12、Nb(不純物)の濃度が1質量%のとき1.54、Nb(不純物)の濃度が10質量%のとき1.21であった。すなわち、Nb(不純物)の濃度が0質量%のときに比べて、Nb(不純物)の濃度が0.01質量%〜10質量%のときは、TiO2膜(酸化物膜)とMo支持基板(支持基板)との間の接合強度が高くなった。結果を表9にまとめた。
The bonding strength of the various
2.酸化物膜中の不純物の濃度と、酸化物膜とIII族窒化物層との接合強度と、の関係
参考例Aにおけるサンプルの接合強度の測定から、各種積層基板1Tの接合強度は、Nb(不純物)の濃度が0質量%のとき1.00、Nb(不純物)の濃度が0.01質量%のとき0.78、Nb(不純物)の濃度が0.1質量%のとき0.72、La(不純物)の濃度が1質量%のとき0.56、La(不純物)の濃度が10質量%のとき0.55であった。すなわち、Nb(不純物)の濃度が0質量%のときに比べて、Nb(不純物)の濃度が0.01質量%から10質量%と高くなる程、TiO2膜(酸化物膜)とGaN層(III族窒化物膜)との間の接合強度が低くなった。結果を表9にまとめた。
2. Relationship between the concentration of impurities in the oxide film and the bonding strength between the oxide film and the group III nitride layer From the measurement of the bonding strength of the sample in Reference Example A, the bonding strength of the various laminated substrates 1T is Nb ( 1.00 when the concentration of (impurity) is 0% by mass, 0.78 when the concentration of Nb (impurity) is 0.01% by mass, 0.72 when the concentration of Nb (impurity) is 0.1% by mass, It was 0.56 when the concentration of La (impurity) was 1% by mass, and 0.55 when the concentration of La (impurity) was 10% by mass. That is, as the Nb (impurity) concentration increases from 0.01% by mass to 10% by mass compared to when the Nb (impurity) concentration is 0% by mass, the TiO 2 film (oxide film) and the GaN layer The bonding strength with (Group III nitride film) was low. The results are summarized in Table 9.
図1および表9を参照して、Mo支持基板(支持基板10)、TiO2膜(酸化物膜20)およびGaN層(III族窒化物層30a)がこの順に接合されたGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)において、TiO2膜(酸化物膜20)とMo支持基板(支持基板10)との接合強度を高めるにはTiO2膜(酸化物膜20)のNb(不純物)濃度を高くすることが有効であり(特に、不純物濃度を1質量%程度とするのが好ましく)、TiO2膜(酸化物膜20)とGaN層(III族窒化物層30a)との接合強度を高めるにはTiO2膜(酸化物膜20)のNb(不純物)濃度を低くすることが有効であることがわかった。
Referring to FIG. 1 and Table 9, a GaN composite substrate (III) in which a Mo support substrate (support substrate 10), a TiO 2 film (oxide film 20), and a GaN layer (group
(実施例E)
図1および図2を参照して、支持基板10として直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのMo支持基板を用いたこと以外は、実施例Aと同様にして、例E1〜例E4として、Mo支持基板(支持基板10)上にTiO2膜(酸化物膜20)およびGaN層(III族窒化物層30a)がこの順に接合されたGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)を作製した。
(Example E)
1 and 2, Examples E1 to E4 are the same as Example A except that a Mo support substrate having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 500 μm is used as the
例E1〜例E4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)は、TiO2膜(酸化物膜20)のNb(不純物)の濃度が、TiO2膜(酸化物膜20)の支持基板10側の第1主面20sからIII族窒化物層30a側の第2主面20tにかけて膜厚方向に、1質量%から0.01質量%まで単調に変化し(例E1)、1質量%から0質量%まで単調に変化し(例E2)、10質量%から0.01質量%まで単調に変化し(例E3)、1質量%から10質量%を経て0.01質量%まで極大値を有するように変化していた(例E4)。
Example GaN composite substrate E1~ Example E4 (III-nitride composite substrate 1), the concentration of Nb (impurities) of the TiO 2 film (oxide film 20), the supporting substrate of the TiO 2 film (oxide film 20) It changes monotonically from 1% by mass to 0.01% by mass in the film thickness direction from the first
例E1〜例E4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)について、上記参考例Eにおける接合強度の値を考慮すると、例E1〜例E4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)におけるTiO2膜(酸化物膜20)とMo支持基板(支持基板10)との接合強度およびTiO2膜(酸化物膜20)とGaN層(III族窒化物層30a)との接合強度は、それぞれ、1.54および0.78(例E1)、1.54および1.00(例E2)、1.21および0.78(例E3)、1.54および0.78(例E4)と、いずれも高くなった。結果を表10に示した。
Regarding the GaN composite substrates of Examples E1 to E4 (Group III nitride composite substrate 1), considering the bonding strength values in Reference Example E above, the GaN composite substrates of Examples E1 to E4 (Group III nitride composite substrate 1) The bonding strength between the TiO 2 film (oxide film 20) and the Mo support substrate (support substrate 10) and the bonding strength between the TiO 2 film (oxide film 20) and the GaN layer (group
また、例E1〜例E4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)の膜厚保方向の比抵抗(電気抵抗率)は、例E1が1.7×101Ωcm、例E2が5.3×106Ωcm、例E3が3.9×10-2Ωcm、例E4が5.2×100Ωcmあり、例E2以外は高い導電性を示した。結果を表10に示した。例E2のGaN複合基板は、TiO2膜(酸化物膜20)のGaN層(III族窒化物層30a)側の主面におけるNb(不純物)の濃度が0質量%であったため、膜厚方向の導電性が極めて低くなったものと考えられる。また、例E3のGaN複合基板は、比抵抗が最も小さくなった。これは、TiO2膜(酸化物膜20)のNb濃度が10〜0.01質量%でありTiO2膜全体としてのNb濃度が高かったためと考えられる。
The specific resistance (electrical resistivity) in the film thickness maintaining direction of the GaN composite substrates (Group III nitride composite substrate 1) of Examples E1 to E4 is 1.7 × 10 1 Ωcm in Example E1 and 5. 3 × 10 6 Ωcm, Example E3 was 3.9 × 10 −2 Ωcm, and Example E4 was 5.2 × 10 0 Ωcm. Except for Example E2, high conductivity was exhibited. The results are shown in Table 10. In the GaN composite substrate of Example E2, the concentration of Nb (impurities) on the main surface of the TiO 2 film (oxide film 20) on the GaN layer (Group
(参考例F)
図1を参照して、多結晶で形成される直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのMo支持基板(支持基板10)、直径2インチ(50.8mm)で厚さが600nmのSrTiO3膜(酸化物膜20)および単結晶で形成される直径2インチ(50.8mm)で厚さが300nmのGaN層(III族窒化物層30a)がこの順に接合されたGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)について、SrTiO3膜(酸化物膜20)中のLa(不純物)の濃度と、SrTiO3膜(酸化物膜20)とMo支持基板(支持基板10)との接合強度との関係、ならびに、SrTiO3膜(酸化物膜20)中のLa(不純物)の濃度と、SrTiO3膜(酸化物膜20)とGaN層(III族窒化物層30a)との接合強度との関係を、以下のようにして調べた。
(Reference Example F)
Referring to FIG. 1, a Mo support substrate (support substrate 10) having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 500 μm and SrTiO 2 having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 600 nm are formed of polycrystal 3 films (oxide film 20) and a GaN composite substrate (
1.酸化物膜中の不純物の濃度と、酸化物膜と支持基板との接合強度と、の関係
支持基板10として直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのMo支持基板を用いたこと以外は、参考例Bと同様にして、5種類の積層基板1Sについてサンプルを作製し、引張試験によりそれらのサンプルの接合強度を測定した。いずれの積層基板1Sのいずれのサンプルも、Mo支持基板(支持基板)とTiO2膜(酸化物膜)との界面または界面の近傍で破断した。
1. Relationship between impurity concentration in oxide film and bonding strength between oxide film and supporting substrate Except that a Mo supporting substrate having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 500 μm was used as the supporting
各種積層基板1Sの接合強度は、La(不純物)の濃度が0質量%のとき1.00、La(不純物)の濃度が0.01質量%のとき1.11、La(不純物)の濃度が0.1質量%のとき1.14、La(不純物)の濃度が1質量%のとき1.57、La(不純物)の濃度が10質量%のとき1.23であった。すなわち、La(不純物)の濃度が0質量%のときに比べて、La(不純物)の濃度が0.01質量%〜10質量%のときは、SrTiO3膜(酸化物膜)とMo支持基板(支持基板)との間の接合強度が高くなった。結果を表11にまとめた。
The bonding strength of various
2.酸化物膜中の不純物の濃度と、酸化物膜とIII族窒化物層との接合強度と、の関係
参考例Bにおけるサンプルの接合強度の測定から、各種積層基板1Tの接合強度は、La(不純物)の濃度が0質量%のとき1.00、La(不純物)の濃度が0.01質量%のとき0.76、La(不純物)の濃度が0.1質量%のとき0.71、La(不純物)の濃度が1質量%のとき0.55、La(不純物)の濃度が10質量%のとき0.54であった。すなわち、La(不純物)の濃度が0質量%のときに比べて、La(不純物)の濃度が0.01質量%から10質量%と高くなる程、SrTiO3膜(酸化物膜)とGaN層(III族窒化物層)との間の接合強度が低くなった。結果を表11にまとめた。
2. Relationship between the concentration of impurities in the oxide film and the bonding strength between the oxide film and the group III nitride layer From the measurement of the bonding strength of the sample in Reference Example B, the bonding strength of the various laminated substrates 1T is La ( 1.00 when the concentration of (impurity) is 0% by mass, 0.76 when the concentration of La (impurity) is 0.01% by mass, 0.71 when the concentration of La (impurity) is 0.1% by mass, It was 0.55 when the concentration of La (impurity) was 1% by mass, and 0.54 when the concentration of La (impurity) was 10% by mass. That is, the SrTiO 3 film (oxide film) and the GaN layer increase as the concentration of La (impurity) increases from 0.01% by mass to 10% by mass compared to when the concentration of La (impurity) is 0% by mass. The bonding strength with the (Group III nitride layer) was low. The results are summarized in Table 11.
図1および表11を参照して、Mo支持基板(支持基板10)、SrTiO3膜(酸化物膜20)およびGaN層(III族窒化物層30a)がこの順に接合されたGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)において、SrTiO3膜(酸化物膜20)とMo支持基板(支持基板10)との接合強度を高めるにはSrTiO3膜(酸化物膜20)のLa(不純物)濃度を高くすることが有効であり(特に、不純物濃度を1質量%程度とするのが好ましく)、SrTiO3膜(酸化物膜20)とGaN層(III族窒化物層30a)との接合強度を高めるにはSrTiO3膜(酸化物膜20)のLa(不純物)濃度を低くすることが有効であることがわかった。
Referring to FIG. 1 and Table 11, a GaN composite substrate (III) in which a Mo support substrate (support substrate 10), a SrTiO 3 film (oxide film 20), and a GaN layer (Group
(実施例F)
図1および図2を参照して、支持基板10として直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのMo支持基板を用いたこと以外は、実施例Bと同様にして、例F1〜例F4として、Mo支持基板(支持基板10)上にSrTiO3膜(酸化物膜20)およびGaN層(III族窒化物層30a)がこの順に接合されたGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)を作製した。
(Example F)
1 and 2, Examples F1 to F4 are the same as Example B except that a Mo support substrate having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 500 μm is used as the
例F1〜例F4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)は、SrTiO3膜(酸化物膜20)のLa(不純物)の濃度が、SrTiO3膜(酸化物膜20)の支持基板10側の第1主面20sからIII族窒化物層30a側の第2主面20tにかけて膜厚方向に、1質量%から0.01質量%まで単調に変化し(例F1)、1質量%から0質量%まで単調に変化し(例F2)、10質量%から0.01質量%まで単調に変化し(例F3)、1質量%から10質量%を経て0.01質量%まで極大値を有するように変化していた(例F4)。
Example GaN composite substrate F1~ Example F4 (III-nitride composite substrate 1), the concentration of La (impurities) of SrTiO 3 film (oxide film 20), the supporting substrate of SrTiO 3 film (oxide film 20) It changes monotonically from 1% by mass to 0.01% by mass in the film thickness direction from the first
例F1〜例F4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)について、上記参考例Fにおける接合強度の値を考慮すると、例F1〜例F4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)におけるSrTiO3膜(酸化物膜20)とMo支持基板(支持基板10)との接合強度およびSrTiO3膜(酸化物膜20)とGaN層(III族窒化物層30a)との接合強度は、それぞれ、1.57および0.76(例F1)、1.57および1.00(例F2)、1.23および0.76(例F3)、1.57および0.76(例F4)と、いずれも高くなった。結果を表12に示した。
Regarding the GaN composite substrates of Examples F1 to F4 (Group III nitride composite substrate 1), considering the bonding strength values in Reference Example F above, the GaN composite substrates of Examples F1 to F4 (Group III nitride composite substrate 1) The bonding strength between the SrTiO 3 film (oxide film 20) and the Mo support substrate (support substrate 10) and the bonding strength between the SrTiO 3 film (oxide film 20) and the GaN layer (Group
また、例F1〜例F4のGaN複合基板(III族窒化物複合基板1)の膜厚保方向の比抵抗(電気抵抗率)は、例F1が5.5×101Ωcm、例F2が2.8×107Ωcm、例F3が7.8×10-2Ωcm、例F4が2.1×101Ωcmであり、例F2以外は高い導電性を示した。結果を表12に示した。例F2のGaN複合基板は、SrTiO3膜(酸化物膜20)のGaN層(III族窒化物層30a)側の主面におけるLa(不純物)の濃度が0質量%であったため、膜厚方向の導電性が極めて低くなったものと考えられる。また、例F3のGaN複合基板は、比抵抗が最も小さくなった。これは、SrTiO3膜(酸化物膜20)のLa濃度が10〜0.01質量%でありSrTiO3膜全体としてのLa濃度が高かったためと考えられる。
The specific resistance (electrical resistivity) in the film thickness maintaining direction of the GaN composite substrates (Group III nitride composite substrate 1) of Examples F1 to F4 is 5.5 × 10 1 Ωcm in Example F1, and 2. 8 × 10 7 Ωcm, Example F3 was 7.8 × 10 −2 Ωcm, and Example F4 was 2.1 × 10 1 Ωcm. Except for Example F2, high conductivity was exhibited. The results are shown in Table 12. In the GaN composite substrate of Example F2, the La (impurity) concentration on the main surface of the SrTiO 3 film (oxide film 20) on the GaN layer (Group
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 III族窒化物複合基板、1S,1T 積層基板、10 支持基板、10m,30n 主面、20,20a,20b 中間膜、20s 第1主面、20t 第2主面、30 III族窒化物基板、30a III族窒化物層、30b 残りのIII族窒化物基板、30i イオン注入領域、100 サファイア支持基板。
1 Group III nitride composite substrate, 1S, 1T laminated substrate, 10 support substrate, 10m, 30n main surface, 20, 20a, 20b intermediate film, 20s first main surface, 20t second main surface, 30 Group
Claims (4)
前記支持基板は多結晶で形成され、
前記III族窒化物層は少なくともc軸方向に配向しているIII族窒化物結晶で形成され、
前記酸化物膜は不純物が添加され、前記不純物の濃度は、前記酸化物膜において前記支持基板側の第1主面から前記III族窒化物層側の第2主面にかけて膜厚方向で変化し、前記第1主面における前記不純物の濃度は前記第2主面における前記不純物の濃度よりも高い、III族窒化物複合基板。 A support substrate, an oxide film disposed on the support substrate, and a group III nitride layer disposed on the oxide film,
The support substrate is formed of polycrystal,
The group III nitride layer is formed of group III nitride crystals oriented at least in the c-axis direction,
Impurities are added to the oxide film, and the concentration of the impurities varies in the film thickness direction from the first main surface on the support substrate side to the second main surface on the group III nitride layer side in the oxide film. The group III nitride composite substrate, wherein the impurity concentration in the first main surface is higher than the impurity concentration in the second main surface.
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